Fix error reporting for contexts during deriving (Trac 958)
[ghc-hetmet.git] / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
1 %
2 % (c) The University of Glasgow 2006
3 % (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
4 %
5
6 TcSimplify
7
8 \begin{code}
9 module TcSimplify (
10         tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
11         tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
12         tcSimplifyRuleLhs, tcSimplifyIPs, 
13         tcSimplifySuperClasses,
14         tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive,
15         tcSimplifyBracket,
16
17         tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
18         bindInstsOfLocalFuns
19     ) where
20
21 #include "HsVersions.h"
22
23 import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyType )
24 import HsSyn
25
26 import TcRnMonad
27 import Inst
28 import TcEnv
29 import InstEnv
30 import TcMType
31 import TcType
32 import TcIface
33 import Id
34 import Var
35 import TyCon
36 import Name
37 import NameSet
38 import Class
39 import FunDeps
40 import PrelInfo
41 import PrelNames
42 import Type
43 import TysWiredIn
44 import ErrUtils
45 import BasicTypes
46 import VarSet
47 import VarEnv
48 import FiniteMap
49 import Bag
50 import Outputable
51 import ListSetOps
52 import Util
53 import SrcLoc
54 import DynFlags
55
56 import Data.List
57 \end{code}
58
59
60 %************************************************************************
61 %*                                                                      *
62 \subsection{NOTES}
63 %*                                                                      *
64 %************************************************************************
65
66         --------------------------------------
67         Notes on functional dependencies (a bug)
68         --------------------------------------
69
70 Consider this:
71
72         class C a b | a -> b
73         class D a b | a -> b
74
75         instance D a b => C a b -- Undecidable 
76                                 -- (Not sure if it's crucial to this eg)
77         f :: C a b => a -> Bool
78         f _ = True
79         
80         g :: C a b => a -> Bool
81         g = f
82
83 Here f typechecks, but g does not!!  Reason: before doing improvement,
84 we reduce the (C a b1) constraint from the call of f to (D a b1).
85
86 Here is a more complicated example:
87
88 | > class Foo a b | a->b
89 | >
90 | > class Bar a b | a->b
91 | >
92 | > data Obj = Obj
93 | >
94 | > instance Bar Obj Obj
95 | >
96 | > instance (Bar a b) => Foo a b
97 | >
98 | > foo:: (Foo a b) => a -> String
99 | > foo _ = "works"
100 | >
101 | > runFoo:: (forall a b. (Foo a b) => a -> w) -> w
102 | > runFoo f = f Obj
103
104 | *Test> runFoo foo
105
106 | <interactive>:1:
107 |     Could not deduce (Bar a b) from the context (Foo a b)
108 |       arising from use of `foo' at <interactive>:1
109 |     Probable fix:
110 |         Add (Bar a b) to the expected type of an expression
111 |     In the first argument of `runFoo', namely `foo'
112 |     In the definition of `it': it = runFoo foo
113
114 | Why all of the sudden does GHC need the constraint Bar a b? The
115 | function foo didn't ask for that... 
116
117 The trouble is that to type (runFoo foo), GHC has to solve the problem:
118
119         Given constraint        Foo a b
120         Solve constraint        Foo a b'
121
122 Notice that b and b' aren't the same.  To solve this, just do
123 improvement and then they are the same.  But GHC currently does
124         simplify constraints
125         apply improvement
126         and loop
127
128 That is usually fine, but it isn't here, because it sees that Foo a b is
129 not the same as Foo a b', and so instead applies the instance decl for
130 instance Bar a b => Foo a b.  And that's where the Bar constraint comes
131 from.
132
133 The Right Thing is to improve whenever the constraint set changes at
134 all.  Not hard in principle, but it'll take a bit of fiddling to do.  
135
136
137
138         --------------------------------------
139                 Notes on quantification
140         --------------------------------------
141
142 Suppose we are about to do a generalisation step.
143 We have in our hand
144
145         G       the environment
146         T       the type of the RHS
147         C       the constraints from that RHS
148
149 The game is to figure out
150
151         Q       the set of type variables over which to quantify
152         Ct      the constraints we will *not* quantify over
153         Cq      the constraints we will quantify over
154
155 So we're going to infer the type
156
157         forall Q. Cq => T
158
159 and float the constraints Ct further outwards.
160
161 Here are the things that *must* be true:
162
163  (A)    Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
164  (B)    Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
165
166 (A) says we can't quantify over a variable that's free in the
167 environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
168 variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
169 not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
170 vars of the environment G.
171
172         BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
173
174 Example:        class H x y | x->y where ...
175
176         fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
177                         T = c -> b
178
179         (A)  Q intersect {a} is empty
180         (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
181
182         So Q can be {c,d}, {b,c,d}
183
184 Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
185 variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
186 constraints can get into Ct instead of Cq.
187
188
189 -----------------------------------------
190 We will make use of
191
192   fv(T)         the free type vars of T
193
194   oclose(vs,C)  The result of extending the set of tyvars vs
195                 using the functional dependencies from C
196
197   grow(vs,C)    The result of extend the set of tyvars vs
198                 using all conceivable links from C.
199
200                 E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
201                 Then grow(vs,C) = {a,b,c}
202
203                 Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
204                 That is, simplfication can only shrink the result of grow.
205
206 Notice that
207    oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
208    grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
209
210
211 -----------------------------------------
212
213 Choosing Q
214 ~~~~~~~~~~
215 Here's a good way to choose Q:
216
217         Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
218
219 That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
220 call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
221 G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
222 albeit perhaps too many.
223
224 Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
225
226         class H x y | x->y where ...
227
228         T = c->c
229         C = (H c d)
230
231   If we used fv(T) = {c} we'd get the type
232
233         forall c. H c d => c -> b
234
235   And then if the fn was called at several different c's, each of
236   which fixed d differently, we'd get a unification error, because
237   d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
238   everything that might be influenced by c.
239
240 Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
241 all the functional dependencies yet:
242
243         class H x y | x->y where ...
244         instance H x y => Eq (T x y) where ...
245
246         T = c->c
247         C = (Eq (T c d))
248
249   Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
250   apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
251
252
253 There really isn't any point in quantifying over any more than
254 grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
255 any other type variables.
256
257
258
259 -------------------------------------
260         Note [Ambiguity]
261 -------------------------------------
262
263 It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
264
265         class K x
266         class H x y | x -> y
267         instance H x y => K (x,y)
268
269 Is this type ambiguous?
270         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
271
272 Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
273 now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
274 without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
275 the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
276
277 Here's another example: is this ambiguous?
278         forall a b. Eq (T b) => a -> a
279 Not if there's an insance decl (with no context)
280         instance Eq (T b) where ...
281
282 You may say of this example that we should use the instance decl right
283 away, but you can't always do that:
284
285         class J a b where ...
286         instance J Int b where ...
287
288         f :: forall a b. J a b => a -> a
289
290 (Notice: no functional dependency in J's class decl.)
291 Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
292 It's premature to complain when meeting f's signature, or even
293 when inferring a type for f.
294
295
296
297 However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
298 show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
299 treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
300
301 So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
302
303         fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
304
305 (all tested before quantification).
306 That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
307 in the environment, or by the variables in the type.
308
309 Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
310
311         class J a b c | a b -> c
312         fv(G) = {a}
313
314 Is this ambiguous?
315         forall b c. (J a b c) => b -> b
316
317 Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
318 do we see that c is fixed.
319
320 It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
321 don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
322 the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
323 only issue a warning.
324
325
326 Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
327
328         c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
329
330 then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
331 certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
332 the nasty example?
333
334         class K x
335         class H x y | x -> y
336         instance H x y => K (x,y)
337
338 Is this type ambiguous?
339         forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
340
341 Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
342 is a "bubble" that's a set of constraints
343
344         Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
345
346 Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
347 by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
348 Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
349 The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
350 (which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
351
352
353         --------------------------------------
354                 Notes on principal types
355         --------------------------------------
356
357     class C a where
358       op :: a -> a
359
360     f x = let g y = op (y::Int) in True
361
362 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
363 but we'll produce the non-principal type
364     f :: forall a. C Int => a -> a
365
366
367         --------------------------------------
368         The need for forall's in constraints
369         --------------------------------------
370
371 [Exchange on Haskell Cafe 5/6 Dec 2000]
372
373   class C t where op :: t -> Bool
374   instance C [t] where op x = True
375
376   p y = (let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f, y ++ [])
377   q y = (y ++ [], let f :: c -> Bool; f x = op (y >> return x) in f)
378
379 The definitions of p and q differ only in the order of the components in
380 the pair on their right-hand sides.  And yet:
381
382   ghc and "Typing Haskell in Haskell" reject p, but accept q;
383   Hugs rejects q, but accepts p;
384   hbc rejects both p and q;
385   nhc98 ... (Malcolm, can you fill in the blank for us!).
386
387 The type signature for f forces context reduction to take place, and
388 the results of this depend on whether or not the type of y is known,
389 which in turn depends on which component of the pair the type checker
390 analyzes first.  
391
392 Solution: if y::m a, float out the constraints
393         Monad m, forall c. C (m c)
394 When m is later unified with [], we can solve both constraints.
395
396
397         --------------------------------------
398                 Notes on implicit parameters
399         --------------------------------------
400
401 Question 1: can we "inherit" implicit parameters
402 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
403 Consider this:
404
405         f x = (x::Int) + ?y
406
407 where f is *not* a top-level binding.
408 From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
409 There are two types we might infer for f:
410
411         f :: Int -> Int
412
413 (so we get ?y from the context of f's definition), or
414
415         f :: (?y::Int) => Int -> Int
416
417 At first you might think the first was better, becuase then
418 ?y behaves like a free variable of the definition, rather than
419 having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
420 IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
421 dynamic binding means) so we'd better infer the second.
422
423 BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
424 over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
425
426
427 Question 2: type signatures
428 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
429 BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
430 to quantify over implicit parameters.  For example:
431
432         (?x + 1) :: Int
433
434 This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
435
436         (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
437
438 That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
439 so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
440 tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
441 and tcSimplifyCheckBind (which does not).
442
443 What about when you supply a type signature for a binding?
444 Is it legal to give the following explicit, user type 
445 signature to f, thus:
446
447         f :: Int -> Int
448         f x = (x::Int) + ?y
449
450 At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
451 that adding a type signature changes the dynamic semantics.
452 Consider this:
453
454         (let f x = (x::Int) + ?y
455          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
456
457                 returns (3+6, 3+5)
458 vs
459         (let f :: Int -> Int
460              f x = x + ?y
461          in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
462
463                 returns (3+6, 3+6)
464
465 Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
466 dynamic semantics.
467
468 Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
469 semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
470 change the typing you may change the semantics.
471
472 To make things consistent in all cases where we are *checking* against
473 a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
474 rule: 
475
476         a signature does not need to quantify over implicit params.
477
478 [This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
479 which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
480 params for the reasons mentioned above.]
481
482 But that raises a new question.  Consider 
483
484         Given (signature)       ?x::Int
485         Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
486
487 Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
488 what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
489 what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
490 to float a constraint that
491         neither mentions any of the quantified type variables
492         nor any of the quantified implicit parameters
493
494 See the predicate isFreeWhenChecking.
495
496
497 Question 3: monomorphism
498 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
499 There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
500
501         z = (x::Int) + ?y
502
503 The argument above suggests that we *must* generalise
504 over the ?y parameter, to get
505         z :: (?y::Int) => Int,
506 but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
507         z :: Int.
508 Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
509
510         let z = x + ?y in z+z
511
512 you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
513 we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
514
515
516 Question 4: top level
517 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
518 At the top level, monomorhism makes no sense at all.
519
520     module Main where
521         main = let ?x = 5 in print foo
522
523         foo = woggle 3
524
525         woggle :: (?x :: Int) => Int -> Int
526         woggle y = ?x + y
527
528 We definitely don't want (foo :: Int) with a top-level implicit parameter
529 (?x::Int) becuase there is no way to bind it.  
530
531
532 Possible choices
533 ~~~~~~~~~~~~~~~~
534 (A) Always generalise over implicit parameters
535     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
536         be generalised
537
538     Consequences:
539         * Inlining remains valid
540         * No unexpected loss of sharing
541         * But simple bindings like
542                 z = ?y + 1
543           will be rejected, unless you add an explicit type signature
544           (to avoid the monomorphism restriction)
545                 z :: (?y::Int) => Int
546                 z = ?y + 1
547           This seems unacceptable
548
549 (B) Monomorphism restriction "wins"
550     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
551         be generalised
552     Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
553         that fall under the monomorphism restriction
554
555     Consequences
556         * Inlining isn't valid in general
557         * No unexpected loss of sharing
558         * Simple bindings like
559                 z = ?y + 1
560           accepted (get value of ?y from binding site)
561
562 (C) Always generalise over implicit parameters
563     Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
564         be generalised, EXCEPT for implicit parameters
565     Consequences
566         * Inlining remains valid
567         * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
568         * Simple bindings like
569                 z = ?y + 1
570           accepted (get value of ?y from occurrence sites)
571
572
573 Discussion
574 ~~~~~~~~~~
575 None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
576 decide which we want to do.
577
578 It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
579
580         z = (x::Int) + ?y
581
582 would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
583 of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
584 case of function definitions, the answer is clearly the former, but
585 less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
586 if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
587 then inlining 'z' might change the semantics of the program.
588
589 Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
590 to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
591 innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
592 the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
593 use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
594 clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
595 those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
596 one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
597 restriction altogether.
598
599 BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
600
601
602
603 %************************************************************************
604 %*                                                                      *
605 \subsection{tcSimplifyInfer}
606 %*                                                                      *
607 %************************************************************************
608
609 tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
610
611     1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
612
613     2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
614        predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
615
616     3. Try improvement, using functional dependencies
617
618     4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
619        (Unification can change the result of 'grow'.)
620
621 Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
622 Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
623 after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
624 type variables than we absolutely have to.
625
626 For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
627 improvement with unification.  E.g. Suppose we have
628
629         class C x y | x->y where ...
630
631 and tcSimplify is called with:
632         (C Int a, C Int b)
633 Then improvement unifies a with b, giving
634         (C Int a, C Int a)
635
636 If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
637 again.
638
639
640 \begin{code}
641 tcSimplifyInfer
642         :: SDoc
643         -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
644         -> [Inst]               -- Wanted
645         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
646                 TcDictBinds,    -- Bindings
647                 [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
648         -- Any free (escaping) Insts are tossed into the environment
649 \end{code}
650
651
652 \begin{code}
653 tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
654   = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
655               wanted_lie                `thenM` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
656
657     extendLIEs frees                                                    `thenM_`
658     returnM (qtvs, binds, map instToId irreds)
659
660 inferLoop doc tau_tvs wanteds
661   =     -- Step 1
662     zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs           `thenM` \ tau_tvs' ->
663     mappM zonkInst wanteds              `thenM` \ wanteds' ->
664     tcGetGlobalTyVars                   `thenM` \ gbl_tvs ->
665     let
666         preds = fdPredsOfInsts wanteds'
667         qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
668
669         try_me inst
670           | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
671           | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
672           | otherwise                     = ReduceMe NoSCs              -- Lits and Methods
673     in
674     traceTc (text "infloop" <+> vcat [ppr tau_tvs', ppr wanteds', ppr preds, 
675                                       ppr (grow preds tau_tvs'), ppr qtvs])     `thenM_`
676                 -- Step 2
677     reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
678
679                 -- Step 3
680     if no_improvement then
681         returnM (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
682     else
683         -- If improvement did some unification, we go round again.  There
684         -- are two subtleties:
685         --   a) We start again with irreds, not wanteds
686         --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
687         --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
688         --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
689         --
690         --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
691         --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
692         --
693         -- Hence the (irreds ++ frees)
694
695         -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
696         -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
697                                 
698         inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenM` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
699         returnM (qtvs1, frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
700 \end{code}
701
702 Example [LOOP]
703
704         class If b t e r | b t e -> r
705         instance If T t e t
706         instance If F t e e
707         class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
708         instance Lte Z b T
709         instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
710
711 Wanted: Max Z (S x) y
712
713 Then we'll reduce using the Max instance to:
714         (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
715 and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
716 on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
717 with (Max Z (S x) y)!
718
719 [NO TYVARS]
720
721         class Y a b | a -> b where
722             y :: a -> X b
723         
724         instance Y [[a]] a where
725             y ((x:_):_) = X x
726         
727         k :: X a -> X a -> X a
728
729         g :: Num a => [X a] -> [X a]
730         g xs = h xs
731             where
732             h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
733
734 The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
735 try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
736 From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
737 the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
738 polymorphic in.  
739
740 The net effect of [NO TYVARS] 
741
742 \begin{code}
743 isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst -> Bool
744 isFreeWhenInferring qtvs inst
745   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst          -- Constrains no quantified vars
746   && isInheritableInst inst             -- And no implicit parameter involved
747                                         -- (see "Notes on implicit parameters")
748
749 isFreeWhenChecking :: TyVarSet  -- Quantified tyvars
750                    -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
751                    -> Inst -> Bool
752 isFreeWhenChecking qtvs ips inst
753   =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
754   && isFreeWrtIPs    ips inst
755
756 isFreeWrtTyVars qtvs inst = tyVarsOfInst inst `disjointVarSet` qtvs
757 isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
758 \end{code}
759
760
761 %************************************************************************
762 %*                                                                      *
763 \subsection{tcSimplifyCheck}
764 %*                                                                      *
765 %************************************************************************
766
767 @tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
768 we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
769
770 \begin{code}
771 tcSimplifyCheck
772          :: SDoc
773          -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
774          -> [Inst]              -- Given
775          -> [Inst]              -- Wanted
776          -> TcM TcDictBinds     -- Bindings
777
778 -- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
779 -- class decls, instance decls etc.
780 --
781 -- NB: tcSimplifyCheck does not consult the
782 --      global type variables in the environment; so you don't
783 --      need to worry about setting them before calling tcSimplifyCheck
784 tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
785   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
786     do  { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
787         ; extendLIEs frees
788         ; return binds }
789   where
790 --  get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
791     get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)   -- All skolems
792
793
794 -- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
795 -- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
796 -- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
797 tcSimplifyInferCheck
798          :: SDoc
799          -> TcTyVarSet          -- fv(T)
800          -> [Inst]              -- Given
801          -> [Inst]              -- Wanted
802          -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
803                  TcDictBinds)   -- Bindings
804
805 tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
806   = do  { (qtvs', frees, binds) <- tcSimplCheck doc get_qtvs AddSCs givens wanted_lie
807         ; extendLIEs frees
808         ; return (qtvs', binds) }
809   where
810         -- Figure out which type variables to quantify over
811         -- You might think it should just be the signature tyvars,
812         -- but in bizarre cases you can get extra ones
813         --      f :: forall a. Num a => a -> a
814         --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
815         --      g a b = (b,a)
816         -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
817         -- We don't want g to be monomorphic in b just because
818         -- f isn't quantified over b.
819     all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
820
821     get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs        `thenM` \ all_tvs' ->
822                tcGetGlobalTyVars                `thenM` \ gbl_tvs ->
823                let
824                   qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
825                         -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
826                         -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
827                         -- dictionaries, we quantify over
828                in
829                returnM qtvs
830 \end{code}
831
832 Here is the workhorse function for all three wrappers.
833
834 \begin{code}
835 tcSimplCheck doc get_qtvs want_scs givens wanted_lie
836   = do  { (qtvs, frees, binds, irreds) <- check_loop givens wanted_lie
837
838                 -- Complain about any irreducible ones
839         ; if not (null irreds)
840           then do { givens' <- mappM zonkInst given_dicts_and_ips
841                   ; groupErrs (addNoInstanceErrs (Just doc) givens') irreds }
842           else return ()
843
844         ; returnM (qtvs, frees, binds) }
845   where
846     given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
847         -- For error reporting, filter out methods, which are 
848         -- only added to the given set as an optimisation
849
850     ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
851
852     check_loop givens wanteds
853       =         -- Step 1
854         mappM zonkInst givens   `thenM` \ givens' ->
855         mappM zonkInst wanteds  `thenM` \ wanteds' ->
856         get_qtvs                `thenM` \ qtvs' ->
857
858                     -- Step 2
859         let
860             -- When checking against a given signature we always reduce
861             -- until we find a match against something given, or can't reduce
862             try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
863                         | otherwise                            = ReduceMe want_scs
864         in
865         reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
866
867                     -- Step 3
868         if no_improvement then
869             returnM (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
870         else
871             check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
872             returnM (qtvs', frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
873 \end{code}
874
875
876 %************************************************************************
877 %*                                                                      *
878                 tcSimplifySuperClasses
879 %*                                                                      *
880 %************************************************************************
881
882 Note [SUPERCLASS-LOOP 1]
883 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
884 We have to be very, very careful when generating superclasses, lest we
885 accidentally build a loop. Here's an example:
886
887   class S a
888
889   class S a => C a where { opc :: a -> a }
890   class S b => D b where { opd :: b -> b }
891   
892   instance C Int where
893      opc = opd
894   
895   instance D Int where
896      opd = opc
897
898 From (instance C Int) we get the constraint set {ds1:S Int, dd:D Int}
899 Simplifying, we may well get:
900         $dfCInt = :C ds1 (opd dd)
901         dd  = $dfDInt
902         ds1 = $p1 dd
903 Notice that we spot that we can extract ds1 from dd.  
904
905 Alas!  Alack! We can do the same for (instance D Int):
906
907         $dfDInt = :D ds2 (opc dc)
908         dc  = $dfCInt
909         ds2 = $p1 dc
910
911 And now we've defined the superclass in terms of itself.
912
913 Solution: never generate a superclass selectors at all when
914 satisfying the superclass context of an instance declaration.
915
916 Two more nasty cases are in
917         tcrun021
918         tcrun033
919
920 \begin{code}
921 tcSimplifySuperClasses qtvs givens sc_wanteds
922   = ASSERT( all isSkolemTyVar qtvs )
923     do  { (_, frees, binds1) <- tcSimplCheck doc get_qtvs NoSCs givens sc_wanteds
924         ; ext_default        <- doptM Opt_ExtendedDefaultRules
925         ; binds2             <- tc_simplify_top doc ext_default NoSCs frees
926         ; return (binds1 `unionBags` binds2) }
927   where
928     get_qtvs = return (mkVarSet qtvs)
929     doc = ptext SLIT("instance declaration superclass context")
930 \end{code}
931
932
933 %************************************************************************
934 %*                                                                      *
935 \subsection{tcSimplifyRestricted}
936 %*                                                                      *
937 %************************************************************************
938
939 tcSimplifyRestricted infers which type variables to quantify for a 
940 group of restricted bindings.  This isn't trivial.
941
942 Eg1:    id = \x -> x
943         We want to quantify over a to get id :: forall a. a->a
944         
945 Eg2:    eq = (==)
946         We do not want to quantify over a, because there's an Eq a 
947         constraint, so we get eq :: a->a->Bool  (notice no forall)
948
949 So, assume:
950         RHS has type 'tau', whose free tyvars are tau_tvs
951         RHS has constraints 'wanteds'
952
953 Plan A (simple)
954   Quantify over (tau_tvs \ ftvs(wanteds))
955   This is bad. The constraints may contain (Monad (ST s))
956   where we have         instance Monad (ST s) where...
957   so there's no need to be monomorphic in s!
958
959   Also the constraint might be a method constraint,
960   whose type mentions a perfectly innocent tyvar:
961           op :: Num a => a -> b -> a
962   Here, b is unconstrained.  A good example would be
963         foo = op (3::Int)
964   We want to infer the polymorphic type
965         foo :: forall b. b -> b
966
967
968 Plan B (cunning, used for a long time up to and including GHC 6.2)
969   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
970   with Plan A's problem).  Then set
971         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
972
973   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
974   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
975   The reasons for this is to maximise sharing.
976
977   This fails for a very subtle reason.  Suppose that in the Step 2
978   a constraint (Foo (Succ Zero) (Succ Zero) b) gets thrown upstairs as 'free'.
979   In the Step 1 this constraint might have been simplified, perhaps to
980   (Foo Zero Zero b), AND THEN THAT MIGHT BE IMPROVED, to bind 'b' to 'T'.
981   This won't happen in Step 2... but that in turn might prevent some other
982   constraint (Baz [a] b) being simplified (e.g. via instance Baz [a] T where {..}) 
983   and that in turn breaks the invariant that no constraints are quantified over.
984
985   Test typecheck/should_compile/tc177 (which failed in GHC 6.2) demonstrates
986   the problem.
987
988
989 Plan C (brutal)
990   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
991   with Plan A's problem).  Then set
992         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
993   Return the bindings from Step 1.
994   
995
996 A note about Plan C (arising from "bug" reported by George Russel March 2004)
997 Consider this:
998
999       instance (HasBinary ty IO) => HasCodedValue ty
1000
1001       foo :: HasCodedValue a => String -> IO a
1002
1003       doDecodeIO :: HasCodedValue a => () -> () -> IO a
1004       doDecodeIO codedValue view  
1005         = let { act = foo "foo" } in  act
1006
1007 You might think this should work becuase the call to foo gives rise to a constraint
1008 (HasCodedValue t), which can be satisfied by the type sig for doDecodeIO.  But the
1009 restricted binding act = ... calls tcSimplifyRestricted, and PlanC simplifies the
1010 constraint using the (rather bogus) instance declaration, and now we are stuffed.
1011
1012 I claim this is not really a bug -- but it bit Sergey as well as George.  So here's
1013 plan D
1014
1015
1016 Plan D (a variant of plan B)
1017   Step 1: Simplify the constraints as much as possible (to deal 
1018   with Plan A's problem), BUT DO NO IMPROVEMENT.  Then set
1019         qtvs = tau_tvs \ ftvs( simplify( wanteds ) )
1020
1021   Step 2: Now simplify again, treating the constraint as 'free' if 
1022   it does not mention qtvs, and trying to reduce it otherwise.
1023
1024   The point here is that it's generally OK to have too few qtvs; that is,
1025   to make the thing more monomorphic than it could be.  We don't want to
1026   do that in the common cases, but in wierd cases it's ok: the programmer
1027   can always add a signature.  
1028
1029   Too few qtvs => too many wanteds, which is what happens if you do less
1030   improvement.
1031
1032
1033 \begin{code}
1034 tcSimplifyRestricted    -- Used for restricted binding groups
1035                         -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
1036         :: SDoc
1037         -> TopLevelFlag
1038         -> [Name]               -- Things bound in this group
1039         -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
1040         -> [Inst]               -- Free in the RHSs
1041         -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
1042                 TcDictBinds)    -- Bindings
1043         -- tcSimpifyRestricted returns no constraints to
1044         -- quantify over; by definition there are none.
1045         -- They are all thrown back in the LIE
1046
1047 tcSimplifyRestricted doc top_lvl bndrs tau_tvs wanteds
1048         -- Zonk everything in sight
1049   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1050
1051         -- 'reduceMe': Reduce as far as we can.  Don't stop at
1052         -- dicts; the idea is to get rid of as many type
1053         -- variables as possible, and we don't want to stop
1054         -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
1055         -- immediately, with no constraint on s.
1056         --
1057         -- BUT do no improvement!  See Plan D above
1058         -- HOWEVER, some unification may take place, if we instantiate
1059         --          a method Inst with an equality constraint
1060     reduceContextWithoutImprovement 
1061         doc reduceMe wanteds'           `thenM` \ (_frees, _binds, constrained_dicts) ->
1062
1063         -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
1064     zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)     `thenM` \ tau_tvs' ->
1065     tcGetGlobalTyVars                           `thenM` \ gbl_tvs' ->
1066     mappM zonkInst constrained_dicts            `thenM` \ constrained_dicts' ->
1067     let
1068         constrained_tvs' = tyVarsOfInsts constrained_dicts'
1069         qtvs' = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (fdPredsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs')
1070                          `minusVarSet` constrained_tvs'
1071     in
1072     traceTc (text "tcSimplifyRestricted" <+> vcat [
1073                 pprInsts wanteds, pprInsts _frees, pprInsts constrained_dicts',
1074                 ppr _binds,
1075                 ppr constrained_tvs', ppr tau_tvs', ppr qtvs' ])        `thenM_`
1076
1077         -- The first step may have squashed more methods than
1078         -- necessary, so try again, this time more gently, knowing the exact
1079         -- set of type variables to quantify over.
1080         --
1081         -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs';
1082         -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
1083         -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
1084         -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
1085         -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
1086         --
1087         -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
1088         -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
1089         -- just to float all constraints
1090         --
1091         -- At top level, we *do* squash methods becuase we want to 
1092         -- expose implicit parameters to the test that follows
1093     let
1094         is_nested_group = isNotTopLevel top_lvl
1095         try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs' inst,
1096                       (is_nested_group || isDict inst) = Free
1097                     | otherwise                        = ReduceMe AddSCs
1098     in
1099     reduceContextWithoutImprovement 
1100         doc try_me wanteds'             `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1101     ASSERT( null irreds )
1102
1103         -- See "Notes on implicit parameters, Question 4: top level"
1104     if is_nested_group then
1105         extendLIEs frees        `thenM_`
1106         returnM (varSetElems qtvs', binds)
1107     else
1108         let
1109             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict frees
1110         in    
1111         addTopIPErrs bndrs bad_ips      `thenM_`
1112         extendLIEs non_ips              `thenM_`
1113         returnM (varSetElems qtvs', binds)
1114 \end{code}
1115
1116
1117 %************************************************************************
1118 %*                                                                      *
1119                 tcSimplifyRuleLhs
1120 %*                                                                      *
1121 %************************************************************************
1122
1123 On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
1124 getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
1125 as the available stuff for the RHS of the rule.
1126
1127 Example.  Consider the following left-hand side of a rule
1128         
1129         f (x == y) (y > z) = ...
1130
1131 If we typecheck this expression we get constraints
1132
1133         d1 :: Ord a, d2 :: Eq a
1134
1135 We do NOT want to "simplify" to the LHS
1136
1137         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a.
1138           f ((==) (eqFromOrd d1) x y) ((>) d1 y z) = ...
1139
1140 Instead we want 
1141
1142         forall x::a, y::a, z::a, d1::Ord a, d2::Eq a.
1143           f ((==) d2 x y) ((>) d1 y z) = ...
1144
1145 Here is another example:
1146
1147         fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
1148         {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
1149
1150 In the rule, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But
1151 we *dont* want to get
1152
1153         forall dIntegralInt.
1154            fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
1155
1156 because the scsel will mess up RULE matching.  Instead we want
1157
1158         forall dIntegralInt, dNumInt.
1159           fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
1160
1161 Even if we have 
1162
1163         g (x == y) (y == z) = ..
1164
1165 where the two dictionaries are *identical*, we do NOT WANT
1166
1167         forall x::a, y::a, z::a, d1::Eq a
1168           f ((==) d1 x y) ((>) d1 y z) = ...
1169
1170 because that will only match if the dict args are (visibly) equal.
1171 Instead we want to quantify over the dictionaries separately.
1172
1173 In short, tcSimplifyRuleLhs must *only* squash LitInst and MethInts, leaving
1174 all dicts unchanged, with absolutely no sharing.  It's simpler to do this
1175 from scratch, rather than further parameterise simpleReduceLoop etc
1176
1177 \begin{code}
1178 tcSimplifyRuleLhs :: [Inst] -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
1179 tcSimplifyRuleLhs wanteds
1180   = go [] emptyBag wanteds
1181   where
1182     go dicts binds []
1183         = return (dicts, binds)
1184     go dicts binds (w:ws)
1185         | isDict w
1186         = go (w:dicts) binds ws
1187         | otherwise
1188         = do { w' <- zonkInst w  -- So that (3::Int) does not generate a call
1189                                  -- to fromInteger; this looks fragile to me
1190              ; lookup_result <- lookupInst w'
1191              ; case lookup_result of
1192                  GenInst ws' rhs -> go dicts (addBind binds w rhs) (ws' ++ ws)
1193                  SimpleInst rhs  -> go dicts (addBind binds w rhs) ws
1194                  NoInstance      -> pprPanic "tcSimplifyRuleLhs" (ppr w)
1195           }
1196 \end{code}
1197
1198 tcSimplifyBracket is used when simplifying the constraints arising from
1199 a Template Haskell bracket [| ... |].  We want to check that there aren't
1200 any constraints that can't be satisfied (e.g. Show Foo, where Foo has no
1201 Show instance), but we aren't otherwise interested in the results.
1202 Nor do we care about ambiguous dictionaries etc.  We will type check
1203 this bracket again at its usage site.
1204
1205 \begin{code}
1206 tcSimplifyBracket :: [Inst] -> TcM ()
1207 tcSimplifyBracket wanteds
1208   = simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM_`
1209     returnM ()
1210   where
1211     doc = text "tcSimplifyBracket"
1212 \end{code}
1213
1214
1215 %************************************************************************
1216 %*                                                                      *
1217 \subsection{Filtering at a dynamic binding}
1218 %*                                                                      *
1219 %************************************************************************
1220
1221 When we have
1222         let ?x = R in B
1223
1224 we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
1225 step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
1226
1227 Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
1228
1229         f :: (?x::Int) => Char -> Char
1230         let ?x = 3 in f 'c'
1231
1232 then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
1233 force the binding for ?x to be of type Int.
1234
1235 \begin{code}
1236 tcSimplifyIPs :: [Inst]         -- The implicit parameters bound here
1237               -> [Inst]         -- Wanted
1238               -> TcM TcDictBinds
1239 tcSimplifyIPs given_ips wanteds
1240   = simpl_loop given_ips wanteds        `thenM` \ (frees, binds) ->
1241     extendLIEs frees                    `thenM_`
1242     returnM binds
1243   where
1244     doc      = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
1245     ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
1246
1247         -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
1248     try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
1249                 | otherwise                = ReduceMe NoSCs
1250
1251     simpl_loop givens wanteds
1252       = mappM zonkInst givens           `thenM` \ givens' ->
1253         mappM zonkInst wanteds          `thenM` \ wanteds' ->
1254
1255         reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1256
1257         if no_improvement then
1258             ASSERT( null irreds )
1259             returnM (frees, binds)
1260         else
1261             simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenM` \ (frees1, binds1) ->
1262             returnM (frees1, binds `unionBags` binds1)
1263 \end{code}
1264
1265
1266 %************************************************************************
1267 %*                                                                      *
1268 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
1269 %*                                                                      *
1270 %************************************************************************
1271
1272 When doing a binding group, we may have @Insts@ of local functions.
1273 For example, we might have...
1274 \begin{verbatim}
1275 let f x = x + 1     -- orig local function (overloaded)
1276     f.1 = f Int     -- two instances of f
1277     f.2 = f Float
1278  in
1279     (f.1 5, f.2 6.7)
1280 \end{verbatim}
1281 The point is: we must drop the bindings for @f.1@ and @f.2@ here,
1282 where @f@ is in scope; those @Insts@ must certainly not be passed
1283 upwards towards the top-level.  If the @Insts@ were binding-ified up
1284 there, they would have unresolvable references to @f@.
1285
1286 We pass in an @init_lie@ of @Insts@ and a list of locally-bound @Ids@.
1287 For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
1288 @Ids@, we create a binding.  We return the remaining @Insts@ (in an
1289 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
1290
1291 \begin{code}
1292 bindInstsOfLocalFuns :: [Inst] -> [TcId] -> TcM TcDictBinds
1293 -- Simlifies only MethodInsts, and generate only bindings of form 
1294 --      fm = f tys dicts
1295 -- We're careful not to even generate bindings of the form
1296 --      d1 = d2
1297 -- You'd think that'd be fine, but it interacts with what is
1298 -- arguably a bug in Match.tidyEqnInfo (see notes there)
1299
1300 bindInstsOfLocalFuns wanteds local_ids
1301   | null overloaded_ids
1302         -- Common case
1303   = extendLIEs wanteds          `thenM_`
1304     returnM emptyLHsBinds
1305
1306   | otherwise
1307   = simpleReduceLoop doc try_me for_me  `thenM` \ (frees, binds, irreds) ->
1308     ASSERT( null irreds )
1309     extendLIEs not_for_me       `thenM_`
1310     extendLIEs frees            `thenM_`
1311     returnM binds
1312   where
1313     doc              = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
1314     overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
1315     is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
1316     (for_me, not_for_me) = partition (isMethodFor overloaded_set) wanteds
1317
1318     overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids    -- There can occasionally be a lot of them
1319                                                 -- so it's worth building a set, so that
1320                                                 -- lookup (in isMethodFor) is faster
1321     try_me inst | isMethod inst = ReduceMe NoSCs
1322                 | otherwise     = Free
1323 \end{code}
1324
1325
1326 %************************************************************************
1327 %*                                                                      *
1328 \subsection{Data types for the reduction mechanism}
1329 %*                                                                      *
1330 %************************************************************************
1331
1332 The main control over context reduction is here
1333
1334 \begin{code}
1335 data WhatToDo
1336  = ReduceMe WantSCs     -- Try to reduce this
1337                         -- If there's no instance, behave exactly like
1338                         -- DontReduce: add the inst to the irreductible ones, 
1339                         -- but don't produce an error message of any kind.
1340                         -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
1341
1342  | DontReduceUnlessConstant     -- Return as irreducible unless it can
1343                                 -- be reduced to a constant in one step
1344
1345  | Free                   -- Return as free
1346
1347 reduceMe :: Inst -> WhatToDo
1348 reduceMe inst = ReduceMe AddSCs
1349
1350 data WantSCs = NoSCs | AddSCs   -- Tells whether we should add the superclasses
1351                                 -- of a predicate when adding it to the avails
1352         -- The reason for this flag is entirely the super-class loop problem
1353         -- Note [SUPER-CLASS LOOP 1]
1354 \end{code}
1355
1356
1357
1358 \begin{code}
1359 type Avails = FiniteMap Inst Avail
1360 emptyAvails = emptyFM
1361
1362 data Avail
1363   = IsFree              -- Used for free Insts
1364   | Irred               -- Used for irreducible dictionaries,
1365                         -- which are going to be lambda bound
1366
1367   | Given TcId          -- Used for dictionaries for which we have a binding
1368                         -- e.g. those "given" in a signature
1369
1370   | Rhs                 -- Used when there is a RHS
1371         (LHsExpr TcId)  -- The RHS
1372         [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
1373
1374 pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
1375                         | (inst,avail) <- fmToList avails ]
1376
1377 instance Outputable Avail where
1378     ppr = pprAvail
1379
1380 pprAvail IsFree         = text "Free"
1381 pprAvail Irred          = text "Irred"
1382 pprAvail (Given x)      = text "Given" <+> ppr x
1383 pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
1384 \end{code}
1385
1386 Extracting the bindings from a bunch of Avails.
1387 The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
1388 We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
1389 dependency analyser can sort them out later
1390
1391 The loop startes
1392 \begin{code}
1393 extractResults :: Avails
1394                -> [Inst]                -- Wanted
1395                -> TcM (TcDictBinds,     -- Bindings
1396                         [Inst],         -- Irreducible ones
1397                         [Inst])         -- Free ones
1398
1399 extractResults avails wanteds
1400   = go avails emptyBag [] [] wanteds
1401   where
1402     go avails binds irreds frees [] 
1403       = returnM (binds, irreds, frees)
1404
1405     go avails binds irreds frees (w:ws)
1406       = case lookupFM avails w of
1407           Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
1408                         go avails binds irreds frees ws
1409
1410           Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
1411           Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
1412
1413           Just (Given id) -> go avails new_binds irreds frees ws
1414                           where
1415                                new_binds | id == instToId w = binds
1416                                          | otherwise        = addBind binds w (L (instSpan w) (HsVar id))
1417                 -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
1418                 -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
1419
1420           Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
1421                              where
1422                                 new_binds = addBind binds w rhs
1423
1424     add_given avails w = addToFM avails w (Given (instToId w))
1425
1426     add_free avails w | isMethod w = avails
1427                       | otherwise  = add_given avails w
1428         -- NB: Hack alert!  
1429         -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
1430         -- The following situation shows why this is bad:
1431         --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
1432         -- From an application (truncate f i) we get
1433         --      t1 = truncate at f
1434         --      t2 = t1 at i
1435         -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
1436         --      t3 = truncate at f
1437         --      t4 = t3 at i
1438         -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
1439         --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
1440         --   will continue to float out!
1441
1442 addBind binds inst rhs = binds `unionBags` unitBag (L (instLocSrcSpan (instLoc inst)) 
1443                                                       (VarBind (instToId inst) rhs))
1444 instSpan wanted = instLocSrcSpan (instLoc wanted)
1445 \end{code}
1446
1447
1448 %************************************************************************
1449 %*                                                                      *
1450 \subsection[reduce]{@reduce@}
1451 %*                                                                      *
1452 %************************************************************************
1453
1454 When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
1455 matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
1456 does something, in which case we zonk before iterating.
1457
1458 The "given" set is always empty.
1459
1460 \begin{code}
1461 simpleReduceLoop :: SDoc
1462                  -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
1463                  -> [Inst]                      -- Wanted
1464                  -> TcM ([Inst],                -- Free
1465                          TcDictBinds,
1466                          [Inst])                -- Irreducible
1467
1468 simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1469   = mappM zonkInst wanteds                      `thenM` \ wanteds' ->
1470     reduceContext doc try_me [] wanteds'        `thenM` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
1471     if no_improvement then
1472         returnM (frees, binds, irreds)
1473     else
1474         simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenM` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
1475         returnM (frees1, binds `unionBags` binds1, irreds1)
1476 \end{code}
1477
1478
1479
1480 \begin{code}
1481 reduceContext :: SDoc
1482               -> (Inst -> WhatToDo)
1483               -> [Inst]                 -- Given
1484               -> [Inst]                 -- Wanted
1485               -> TcM (Bool,             -- True <=> improve step did no unification
1486                          [Inst],        -- Free
1487                          TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
1488                          [Inst])        -- Irreducible
1489
1490 reduceContext doc try_me givens wanteds
1491   =
1492     traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
1493              text "----------------------",
1494              doc,
1495              text "given" <+> ppr givens,
1496              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1497              text "----------------------"
1498              ]))                                        `thenM_`
1499
1500         -- Build the Avail mapping from "givens"
1501     foldlM addGiven emptyAvails givens                  `thenM` \ init_state ->
1502
1503         -- Do the real work
1504     reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state         `thenM` \ avails ->
1505
1506         -- Do improvement, using everything in avails
1507         -- In particular, avails includes all superclasses of everything
1508     tcImprove avails                                    `thenM` \ no_improvement ->
1509
1510     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1511
1512     traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
1513              text "----------------------",
1514              doc,
1515              text "given" <+> ppr givens,
1516              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1517              text "----",
1518              text "avails" <+> pprAvails avails,
1519              text "frees" <+> ppr frees,
1520              text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
1521              text "----------------------"
1522              ]))                                        `thenM_`
1523
1524     returnM (no_improvement, frees, binds, irreds)
1525
1526 -- reduceContextWithoutImprovement differs from reduceContext
1527 --      (a) no improvement
1528 --      (b) 'givens' is assumed empty
1529 reduceContextWithoutImprovement doc try_me wanteds
1530   =
1531     traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement" <+> (vcat [
1532              text "----------------------",
1533              doc,
1534              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1535              text "----------------------"
1536              ]))                                        `thenM_`
1537
1538         -- Do the real work
1539     reduceList (0,[]) try_me wanteds emptyAvails        `thenM` \ avails ->
1540     extractResults avails wanteds                       `thenM` \ (binds, irreds, frees) ->
1541
1542     traceTc (text "reduceContextWithoutImprovement end" <+> (vcat [
1543              text "----------------------",
1544              doc,
1545              text "wanted" <+> ppr wanteds,
1546              text "----",
1547              text "avails" <+> pprAvails avails,
1548              text "frees" <+> ppr frees,
1549              text "----------------------"
1550              ]))                                        `thenM_`
1551
1552     returnM (frees, binds, irreds)
1553
1554 tcImprove :: Avails -> TcM Bool         -- False <=> no change
1555 -- Perform improvement using all the predicates in Avails
1556 tcImprove avails
1557  =  tcGetInstEnvs                       `thenM` \ inst_envs -> 
1558     let
1559         preds = [ (pred, pp_loc)
1560                 | (inst, avail) <- fmToList avails,
1561                   pred <- get_preds inst avail,
1562                   let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst)
1563                 ]
1564                 -- Avails has all the superclasses etc (good)
1565                 -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
1566                 -- It does not have duplicates (good)
1567                 -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
1568                 --    so that improve will see them separate
1569
1570         -- For free Methods, we want to take predicates from their context,
1571         -- but for Methods that have been squished their context will already
1572         -- be in Avails, and we don't want duplicates.  Hence this rather
1573         -- horrid get_preds function
1574         get_preds inst IsFree = fdPredsOfInst inst
1575         get_preds inst other | isDict inst = [dictPred inst]
1576                              | otherwise   = []
1577
1578         eqns = improve get_insts preds
1579         get_insts clas = classInstances inst_envs clas
1580      in
1581      if null eqns then
1582         returnM True
1583      else
1584         traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenM_`
1585         mappM_ unify eqns       `thenM_`
1586         returnM False
1587   where
1588     unify ((qtvs, pairs), what1, what2)
1589          = addErrCtxtM (mkEqnMsg what1 what2)   $
1590            tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenM` \ (_, _, tenv) ->
1591            mapM_ (unif_pr tenv) pairs
1592     unif_pr tenv (ty1,ty2) =  unifyType (substTy tenv ty1) (substTy tenv ty2)
1593
1594 pprEquationDoc (eqn, (p1,w1), (p2,w2)) = vcat [pprEquation eqn, nest 2 (ppr p1), nest 2 (ppr p2)]
1595
1596 mkEqnMsg (pred1,from1) (pred2,from2) tidy_env
1597   = do  { pred1' <- zonkTcPredType pred1; pred2' <- zonkTcPredType pred2
1598         ; let { pred1'' = tidyPred tidy_env pred1'; pred2'' = tidyPred tidy_env pred2' }
1599         ; let msg = vcat [ptext SLIT("When using functional dependencies to combine"),
1600                           nest 2 (sep [ppr pred1'' <> comma, nest 2 from1]), 
1601                           nest 2 (sep [ppr pred2'' <> comma, nest 2 from2])]
1602         ; return (tidy_env, msg) }
1603 \end{code}
1604
1605 The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
1606
1607 \begin{code}
1608 reduceList :: (Int,[Inst])              -- Stack (for err msgs)
1609                                         -- along with its depth
1610            -> (Inst -> WhatToDo)
1611            -> [Inst]
1612            -> Avails
1613            -> TcM Avails
1614 \end{code}
1615
1616 @reduce@ is passed
1617      try_me:    given an inst, this function returns
1618                   Reduce       reduce this
1619                   DontReduce   return this in "irreds"
1620                   Free         return this in "frees"
1621
1622      wanteds:   The list of insts to reduce
1623      state:     An accumulating parameter of type Avails
1624                 that contains the state of the algorithm
1625
1626   It returns a Avails.
1627
1628 The (n,stack) pair is just used for error reporting.
1629 n is always the depth of the stack.
1630 The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
1631 I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
1632
1633 \begin{code}
1634 reduceList (n,stack) try_me wanteds state
1635   = do  { dopts <- getDOpts
1636 #ifdef DEBUG
1637         ; if n > 8 then
1638                 dumpTcRn (text "Interesting! Context reduction stack deeper than 8:" 
1639                           <+> (int n $$ ifPprDebug (nest 2 (pprStack stack))))
1640           else return ()
1641 #endif
1642         ; if n >= ctxtStkDepth dopts then
1643             failWithTc (reduceDepthErr n stack)
1644           else
1645             go wanteds state }
1646   where
1647     go []     state = return state
1648     go (w:ws) state = do { state' <- reduce (n+1, w:stack) try_me w state
1649                          ; go ws state' }
1650
1651     -- Base case: we're done!
1652 reduce stack try_me wanted avails
1653     -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
1654   | Just avail <- isAvailable avails wanted
1655   = returnM avails      
1656
1657   | otherwise
1658   = case try_me wanted of {
1659
1660     ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
1661                                      -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1662         try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
1663
1664     ; Free ->   -- It's free so just chuck it upstairs
1665                 -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
1666         try_simple addFree
1667
1668     ; ReduceMe want_scs ->      -- It should be reduced
1669         lookupInst wanted             `thenM` \ lookup_result ->
1670         case lookup_result of
1671             GenInst wanteds' rhs -> addIrred NoSCs avails wanted                `thenM` \ avails1 ->
1672                                     reduceList stack try_me wanteds' avails1    `thenM` \ avails2 ->
1673                                     addWanted want_scs avails2 wanted rhs wanteds'
1674                 -- Experiment with temporarily doing addIrred *before* the reduceList, 
1675                 -- which has the effect of adding the thing we are trying
1676                 -- to prove to the database before trying to prove the things it
1677                 -- needs.  See note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1678                 -- NB: we must not do an addWanted before, because that adds the
1679                 --     superclasses too, and thaat can lead to a spurious loop; see
1680                 --     the examples in [SUPERCLASS-LOOP]
1681                 -- So we do an addIrred before, and then overwrite it afterwards with addWanted
1682
1683             SimpleInst rhs -> addWanted want_scs avails wanted rhs []
1684
1685             NoInstance ->    -- No such instance!
1686                              -- Add it and its superclasses
1687                              addIrred want_scs avails wanted
1688     }
1689   where
1690     try_simple do_this_otherwise
1691       = lookupInst wanted         `thenM` \ lookup_result ->
1692         case lookup_result of
1693             SimpleInst rhs -> addWanted AddSCs avails wanted rhs []
1694             other          -> do_this_otherwise avails wanted
1695 \end{code}
1696
1697
1698 \begin{code}
1699 -------------------------
1700 isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
1701 isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
1702         -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
1703         --  *not* by unique.  So
1704         --      d1::C Int ==  d2::C Int
1705
1706 -------------------------
1707 addFree :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1708         -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
1709         -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
1710         -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
1711         -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
1712         -- as the following comments show!
1713         --
1714         -- NB: do *not* add superclasses.  If we have
1715         --      df::Floating a
1716         --      dn::Num a
1717         -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
1718         -- dn from df here lest we lose sharing.
1719         --
1720 addFree avails free = returnM (addToFM avails free IsFree)
1721
1722 addWanted :: WantSCs -> Avails -> Inst -> LHsExpr TcId -> [Inst] -> TcM Avails
1723 addWanted want_scs avails wanted rhs_expr wanteds
1724   = addAvailAndSCs want_scs avails wanted avail
1725   where
1726     avail = Rhs rhs_expr wanteds
1727
1728 addGiven :: Avails -> Inst -> TcM Avails
1729 addGiven avails given = addAvailAndSCs AddSCs avails given (Given (instToId given))
1730         -- Always add superclasses for 'givens'
1731         --
1732         -- No ASSERT( not (given `elemFM` avails) ) because in an instance
1733         -- decl for Ord t we can add both Ord t and Eq t as 'givens', 
1734         -- so the assert isn't true
1735
1736 addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1737 addIrred want_scs avails irred = ASSERT2( not (irred `elemFM` avails), ppr irred $$ ppr avails )
1738                                  addAvailAndSCs want_scs avails irred Irred
1739
1740 addAvailAndSCs :: WantSCs -> Avails -> Inst -> Avail -> TcM Avails
1741 addAvailAndSCs want_scs avails inst avail
1742   | not (isClassDict inst) = return avails_with_inst
1743   | NoSCs <- want_scs      = return avails_with_inst
1744   | otherwise              = do { traceTc (text "addAvailAndSCs" <+> vcat [ppr inst, ppr deps])
1745                                 ; addSCs is_loop avails_with_inst inst }
1746   where
1747     avails_with_inst = addToFM avails inst avail
1748
1749     is_loop pred = any (`tcEqType` mkPredTy pred) dep_tys
1750                         -- Note: this compares by *type*, not by Unique
1751     deps         = findAllDeps (unitVarSet (instToId inst)) avail
1752     dep_tys      = map idType (varSetElems deps)
1753
1754     findAllDeps :: IdSet -> Avail -> IdSet
1755     -- Find all the Insts that this one depends on
1756     -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1757     -- Watch out, though.  Since the avails may contain loops 
1758     -- (see Note [RECURSIVE DICTIONARIES]), so we need to track the ones we've seen so far
1759     findAllDeps so_far (Rhs _ kids) = foldl find_all so_far kids
1760     findAllDeps so_far other        = so_far
1761
1762     find_all :: IdSet -> Inst -> IdSet
1763     find_all so_far kid
1764       | kid_id `elemVarSet` so_far        = so_far
1765       | Just avail <- lookupFM avails kid = findAllDeps so_far' avail
1766       | otherwise                         = so_far'
1767       where
1768         so_far' = extendVarSet so_far kid_id    -- Add the new kid to so_far
1769         kid_id = instToId kid
1770
1771 addSCs :: (TcPredType -> Bool) -> Avails -> Inst -> TcM Avails
1772         -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
1773         -- The first param says "dont do this because the original thing
1774         --      depends on this one, so you'd build a loop"
1775         -- Invariant: the Inst is already in Avails.
1776
1777 addSCs is_loop avails dict
1778   = do  { sc_dicts <- newDictBndrs (instLoc dict) sc_theta'
1779         ; foldlM add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels) }
1780   where
1781     (clas, tys) = getDictClassTys dict
1782     (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
1783     sc_theta' = substTheta (zipTopTvSubst tyvars tys) sc_theta
1784
1785     add_sc avails (sc_dict, sc_sel)
1786       | is_loop (dictPred sc_dict) = return avails      -- See Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1787       | is_given sc_dict           = return avails
1788       | otherwise                  = addSCs is_loop avails' sc_dict
1789       where
1790         sc_sel_rhs = L (instSpan dict) (HsWrap co_fn (HsVar sc_sel))
1791         co_fn      = WpApp (instToId dict) <.> mkWpTyApps tys
1792         avails'    = addToFM avails sc_dict (Rhs sc_sel_rhs [dict])
1793
1794     is_given :: Inst -> Bool
1795     is_given sc_dict = case lookupFM avails sc_dict of
1796                           Just (Given _) -> True        -- Given is cheaper than superclass selection
1797                           other          -> False       
1798 \end{code}
1799
1800 Note [SUPERCLASS-LOOP 2]
1801 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1802 But the above isn't enough.  Suppose we are *given* d1:Ord a,
1803 and want to deduce (d2:C [a]) where
1804
1805         class Ord a => C a where
1806         instance Ord [a] => C [a] where ...
1807
1808 Then we'll use the instance decl to deduce C [a] from Ord [a], and then add the
1809 superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
1810 for Ord [a] (which is obtained from Ord a) with a superclass selection or we'll just
1811 build a loop! 
1812
1813 Here's another variant, immortalised in tcrun020
1814         class Monad m => C1 m
1815         class C1 m => C2 m x
1816         instance C2 Maybe Bool
1817 For the instance decl we need to build (C1 Maybe), and it's no good if
1818 we run around and add (C2 Maybe Bool) and its superclasses to the avails 
1819 before we search for C1 Maybe.
1820
1821 Here's another example 
1822         class Eq b => Foo a b
1823         instance Eq a => Foo [a] a
1824 If we are reducing
1825         (Foo [t] t)
1826
1827 we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We must not
1828 then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
1829
1830 At first I had a gross hack, whereby I simply did not add superclass constraints
1831 in addWanted, though I did for addGiven and addIrred.  This was sub-optimal,
1832 becuase it lost legitimate superclass sharing, and it still didn't do the job:
1833 I found a very obscure program (now tcrun021) in which improvement meant the
1834 simplifier got two bites a the cherry... so something seemed to be an Irred
1835 first time, but reducible next time.
1836
1837 Now we implement the Right Solution, which is to check for loops directly 
1838 when adding superclasses.  It's a bit like the occurs check in unification.
1839
1840
1841 Note [RECURSIVE DICTIONARIES]
1842 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
1843 Consider 
1844     data D r = ZeroD | SuccD (r (D r));
1845     
1846     instance (Eq (r (D r))) => Eq (D r) where
1847         ZeroD     == ZeroD     = True
1848         (SuccD a) == (SuccD b) = a == b
1849         _         == _         = False;
1850     
1851     equalDC :: D [] -> D [] -> Bool;
1852     equalDC = (==);
1853
1854 We need to prove (Eq (D [])).  Here's how we go:
1855
1856         d1 : Eq (D [])
1857
1858 by instance decl, holds if
1859         d2 : Eq [D []]
1860         where   d1 = dfEqD d2
1861
1862 by instance decl of Eq, holds if
1863         d3 : D []
1864         where   d2 = dfEqList d3
1865                 d1 = dfEqD d2
1866
1867 But now we can "tie the knot" to give
1868
1869         d3 = d1
1870         d2 = dfEqList d3
1871         d1 = dfEqD d2
1872
1873 and it'll even run!  The trick is to put the thing we are trying to prove
1874 (in this case Eq (D []) into the database before trying to prove its
1875 contributing clauses.
1876         
1877
1878 %************************************************************************
1879 %*                                                                      *
1880 \section{tcSimplifyTop: defaulting}
1881 %*                                                                      *
1882 %************************************************************************
1883
1884
1885 @tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
1886 and ambiguous Insts.
1887
1888 We need to be careful of one case.  Suppose we have
1889
1890         instance Num a => Num (Foo a b) where ...
1891
1892 and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
1893 to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
1894
1895 It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
1896
1897
1898 \begin{code}
1899 tcSimplifyTop, tcSimplifyInteractive :: [Inst] -> TcM TcDictBinds
1900 tcSimplifyTop wanteds
1901   = do  { ext_default <- doptM Opt_ExtendedDefaultRules
1902         ; tc_simplify_top doc ext_default AddSCs wanteds }
1903   where 
1904     doc = text "tcSimplifyTop"
1905
1906 tcSimplifyInteractive wanteds
1907   = tc_simplify_top doc True  {- Interactive loop -}     AddSCs wanteds
1908   where 
1909     doc = text "tcSimplifyTop"
1910
1911 -- The TcLclEnv should be valid here, solely to improve
1912 -- error message generation for the monomorphism restriction
1913 tc_simplify_top doc use_extended_defaulting want_scs wanteds
1914   = do  { lcl_env <- getLclEnv
1915         ; traceTc (text "tcSimplifyTop" <+> ppr (lclEnvElts lcl_env))
1916
1917         ; let try_me inst = ReduceMe want_scs
1918         ; (frees, binds, irreds) <- simpleReduceLoop doc try_me wanteds
1919
1920         ; let
1921                 -- First get rid of implicit parameters
1922             (non_ips, bad_ips) = partition isClassDict irreds
1923
1924                 -- All the non-tv or multi-param ones are definite errors
1925             (unary_tv_dicts, non_tvs) = partition is_unary_tyvar_dict non_ips
1926             bad_tyvars = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_tvs)
1927
1928                 -- Group by type variable
1929             tv_groups = equivClasses cmp_by_tyvar unary_tv_dicts
1930
1931                 -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
1932                 -- namely, the ones whose type variable isn't bound
1933                 -- up with one of the non-tyvar classes
1934             (default_gps, non_default_gps) = partition defaultable_group tv_groups
1935             defaultable_group ds
1936                 =  (bad_tyvars `disjointVarSet` tyVarsOfInst (head ds))
1937                 && defaultable_classes (map get_clas ds)
1938             defaultable_classes clss 
1939                 | use_extended_defaulting = any isInteractiveClass clss
1940                 | otherwise = all isStandardClass clss && any isNumericClass clss
1941
1942             isInteractiveClass cls = isNumericClass cls
1943                                   || (classKey cls `elem` [showClassKey, eqClassKey, ordClassKey])
1944                         -- In interactive mode, or with -fextended-default-rules,
1945                         -- we default Show a to Show () to avoid graututious errors on "show []"
1946
1947     
1948                     -- Collect together all the bad guys
1949             bad_guys           = non_tvs ++ concat non_default_gps
1950             (ambigs, no_insts) = partition isTyVarDict bad_guys
1951             -- If the dict has no type constructors involved, it must be ambiguous,
1952             -- except I suppose that another error with fundeps maybe should have
1953             -- constrained those type variables
1954
1955         -- Report definite errors
1956         ; ASSERT( null frees )
1957           groupErrs (addNoInstanceErrs Nothing []) no_insts
1958         ; strangeTopIPErrs bad_ips
1959
1960         -- Deal with ambiguity errors, but only if
1961         -- if there has not been an error so far:
1962         -- errors often give rise to spurious ambiguous Insts.
1963         -- For example:
1964         --   f = (*)    -- Monomorphic
1965         --   g :: Num a => a -> a
1966         --   g x = f x x
1967         -- Here, we get a complaint when checking the type signature for g,
1968         -- that g isn't polymorphic enough; but then we get another one when
1969         -- dealing with the (Num a) context arising from f's definition;
1970         -- we try to unify a with Int (to default it), but find that it's
1971         -- already been unified with the rigid variable from g's type sig
1972         ; binds_ambig <- ifErrsM (returnM []) $
1973             do  { -- Complain about the ones that don't fall under
1974                   -- the Haskell rules for disambiguation
1975                   -- This group includes both non-existent instances
1976                   --    e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
1977                   -- and ambiguous dictionaries
1978                   --    e.g. Num a
1979                   addTopAmbigErrs ambigs
1980
1981                   -- Disambiguate the ones that look feasible
1982                 ; mappM disambigGroup default_gps }
1983
1984         ; return (binds `unionBags` unionManyBags binds_ambig) }
1985
1986 ----------------------------------
1987 d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
1988
1989 is_unary_tyvar_dict :: Inst -> Bool     -- Dicts of form (C a)
1990   -- Invariant: argument is a ClassDict, not IP or method
1991 is_unary_tyvar_dict d = case getDictClassTys d of
1992                           (_, [ty]) -> tcIsTyVarTy ty
1993                           other     -> False
1994
1995 get_tv d   = case getDictClassTys d of
1996                    (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
1997 get_clas d = case getDictClassTys d of
1998                    (clas, _) -> clas
1999 \end{code}
2000
2001 If a dictionary constrains a type variable which is
2002         * not mentioned in the environment
2003         * and not mentioned in the type of the expression
2004 then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
2005 the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
2006 parameter to a function.
2007
2008 It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
2009 certain rules to be applied in the special case of numeric types.
2010 Specifically, if
2011         * at least one of its classes is a numeric class, and
2012         * all of its classes are numeric or standard
2013 then the type variable can be defaulted to the first type in the
2014 default-type list which is an instance of all the offending classes.
2015
2016 So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
2017 dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
2018 complains.  It works by splitting the dictionary list by type
2019 variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
2020
2021 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
2022 the same type variable.
2023
2024 ADR Comment 20/6/94: I've changed the @CReturnable@ case to default to
2025 @()@ instead of @Int@.  I reckon this is the Right Thing to do since
2026 the most common use of defaulting is code like:
2027 \begin{verbatim}
2028         _ccall_ foo     `seqPrimIO` bar
2029 \end{verbatim}
2030 Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
2031 @void@.
2032
2033 \begin{code}
2034 disambigGroup :: [Inst] -- All standard classes of form (C a)
2035               -> TcM TcDictBinds
2036
2037 disambigGroup dicts
2038   =     -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
2039         -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
2040
2041         -- Failure here is caused by there being no type in the
2042         -- default list which can satisfy all the ambiguous classes.
2043         -- For example, if Real a is reqd, but the only type in the
2044         -- default list is Int.
2045     get_default_tys                     `thenM` \ default_tys ->
2046     let
2047       try_default []    -- No defaults work, so fail
2048         = failM
2049
2050       try_default (default_ty : default_tys)
2051         = tryTcLIE_ (try_default default_tys) $ -- If default_ty fails, we try
2052                                                 -- default_tys instead
2053           tcSimplifyDefault theta               `thenM` \ _ ->
2054           returnM default_ty
2055         where
2056           theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
2057     in
2058         -- See if any default works
2059     tryM (try_default default_tys)      `thenM` \ mb_ty ->
2060     case mb_ty of
2061         Left  _                 -> bomb_out
2062         Right chosen_default_ty -> choose_default chosen_default_ty
2063   where
2064     tyvar   = get_tv (head dicts)       -- Should be non-empty
2065     classes = map get_clas dicts
2066
2067     choose_default default_ty   -- Commit to tyvar = default_ty
2068       = -- Bind the type variable 
2069         unifyType default_ty (mkTyVarTy tyvar)  `thenM_`
2070         -- and reduce the context, for real this time
2071         simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
2072                          reduceMe dicts                 `thenM` \ (frees, binds, ambigs) ->
2073         WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
2074         warnDefault dicts default_ty                    `thenM_`
2075         returnM binds
2076
2077     bomb_out = addTopAmbigErrs dicts    `thenM_`
2078                returnM emptyBag
2079
2080 get_default_tys
2081   = do  { mb_defaults <- getDefaultTys
2082         ; case mb_defaults of
2083                 Just tys -> return tys
2084                 Nothing  ->     -- No use-supplied default;
2085                                 -- use [Integer, Double]
2086                             do { integer_ty <- tcMetaTy integerTyConName
2087                                ; checkWiredInTyCon doubleTyCon
2088                                ; return [integer_ty, doubleTy] } }
2089 \end{code}
2090
2091 [Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
2092  dealing with arguments and results to ccalls.
2093
2094 When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
2095 function is only passed arguments (and in the other direction,
2096 results) of a restricted set of 'native' types.
2097
2098 The interaction between the defaulting mechanism for numeric
2099 values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
2100 For example,
2101
2102     x <- _ccall_ f
2103     if (x /= 0) then
2104        _ccall_ g x
2105      else
2106        return ()
2107
2108 What type has 'x' got here? That depends on the default list
2109 in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
2110 of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
2111 is not an instance of CR. If the default list is equal to
2112 Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
2113 Int.
2114
2115 End of aside]
2116
2117
2118 %************************************************************************
2119 %*                                                                      *
2120 \subsection[simple]{@Simple@ versions}
2121 %*                                                                      *
2122 %************************************************************************
2123
2124 Much simpler versions when there are no bindings to make!
2125
2126 @tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
2127 @deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
2128 only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
2129
2130 It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
2131 a,b,c are type variables.  This is required for the context of
2132 instance declarations.
2133
2134 \begin{code}
2135 tcSimplifyDeriv :: InstOrigin
2136                 -> TyCon
2137                 -> [TyVar]      
2138                 -> ThetaType            -- Wanted
2139                 -> TcM ThetaType        -- Needed
2140
2141 tcSimplifyDeriv orig tc tyvars theta
2142   = tcInstTyVars tyvars                 `thenM` \ (tvs, _, tenv) ->
2143         -- The main loop may do unification, and that may crash if 
2144         -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
2145         -- ToDo: what if two of them do get unified?
2146     newDictBndrsO orig (substTheta tenv theta)  `thenM` \ wanteds ->
2147     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds               `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
2148     ASSERT( null frees )                        -- reduceMe never returns Free
2149
2150     doptM Opt_GlasgowExts                       `thenM` \ gla_exts ->
2151     doptM Opt_AllowUndecidableInstances         `thenM` \ undecidable_ok ->
2152     let
2153         inst_ty = mkTyConApp tc (mkTyVarTys tvs)
2154         (ok_insts, bad_insts) = partition is_ok_inst irreds
2155         is_ok_inst dict 
2156            = isTyVarClassPred pred || (gla_exts && ok_gla_pred pred)
2157            where
2158              pred = dictPred dict       -- reduceMe squashes all non-dicts
2159
2160         ok_gla_pred pred = null (checkInstTermination [inst_ty] [pred])
2161                 -- See Note [Deriving context]
2162            
2163         tv_set = mkVarSet tvs
2164         simpl_theta = map dictPred ok_insts
2165         weird_preds = [pred | pred <- simpl_theta
2166                             , not (tyVarsOfPred pred `subVarSet` tv_set)]  
2167
2168           -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
2169           -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
2170           -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
2171           -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
2172           -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
2173         
2174         rev_env = zipTopTvSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
2175                 -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
2176                 -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
2177     in
2178         -- In effect, the bad and wierd insts cover all of the cases that
2179         -- would make checkValidInstance fail; if it were called right after tcSimplifyDeriv
2180         --   * wierd_preds ensures unambiguous instances (checkAmbiguity in checkValidInstance)
2181         --   * ok_gla_pred ensures termination (checkInstTermination in checkValidInstance)
2182     addNoInstanceErrs Nothing [] bad_insts              `thenM_`
2183     mapM_ (addErrTc . badDerivedPred) weird_preds       `thenM_`
2184     returnM (substTheta rev_env simpl_theta)
2185   where
2186     doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
2187 \end{code}
2188
2189 Note [Deriving context]
2190 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
2191 With -fglasgow-exts, we allow things like (C Int a) in the simplified
2192 context for a derived instance declaration, because at a use of this
2193 instance, we might know that a=Bool, and have an instance for (C Int
2194 Bool)
2195
2196 We nevertheless insist that each predicate meets the termination
2197 conditions. If not, the deriving mechanism generates larger and larger
2198 constraints.  Example:
2199   data Succ a = S a
2200   data Seq a = Cons a (Seq (Succ a)) | Nil deriving Show
2201
2202 Note the lack of a Show instance for Succ.  First we'll generate
2203   instance (Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
2204 and then
2205   instance (Show (Succ (Succ a)), Show (Succ a), Show a) => Show (Seq a)
2206 and so on.  Instead we want to complain of no instance for (Show (Succ a)).
2207   
2208
2209
2210 @tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
2211 used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
2212 whether it worked or not.
2213
2214 \begin{code}
2215 tcSimplifyDefault :: ThetaType  -- Wanted; has no type variables in it
2216                   -> TcM ()
2217
2218 tcSimplifyDefault theta
2219   = newDictBndrsO DefaultOrigin theta           `thenM` \ wanteds ->
2220     simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds       `thenM` \ (frees, _, irreds) ->
2221     ASSERT( null frees )        -- try_me never returns Free
2222     addNoInstanceErrs Nothing []  irreds        `thenM_`
2223     if null irreds then
2224         returnM ()
2225     else
2226         failM
2227   where
2228     doc = ptext SLIT("default declaration")
2229 \end{code}
2230
2231
2232 %************************************************************************
2233 %*                                                                      *
2234 \section{Errors and contexts}
2235 %*                                                                      *
2236 %************************************************************************
2237
2238 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
2239 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
2240 now?
2241
2242 \begin{code}
2243 groupErrs :: ([Inst] -> TcM ()) -- Deal with one group
2244           -> [Inst]             -- The offending Insts
2245           -> TcM ()
2246 -- Group together insts with the same origin
2247 -- We want to report them together in error messages
2248
2249 groupErrs report_err [] 
2250   = returnM ()
2251 groupErrs report_err (inst:insts) 
2252   = do_one (inst:friends)               `thenM_`
2253     groupErrs report_err others
2254
2255   where
2256         -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
2257         --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
2258         --  and it avoids need equality on InstLocs.)
2259    (friends, others) = partition is_friend insts
2260    loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
2261    is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
2262    do_one insts = addInstCtxt (instLoc (head insts)) (report_err insts)
2263                 -- Add location and context information derived from the Insts
2264
2265 -- Add the "arising from..." part to a message about bunch of dicts
2266 addInstLoc :: [Inst] -> Message -> Message
2267 addInstLoc insts msg = msg $$ nest 2 (pprInstLoc (instLoc (head insts)))
2268
2269 addTopIPErrs :: [Name] -> [Inst] -> TcM ()
2270 addTopIPErrs bndrs [] 
2271   = return ()
2272 addTopIPErrs bndrs ips
2273   = addErrTcM (tidy_env, mk_msg tidy_ips)
2274   where
2275     (tidy_env, tidy_ips) = tidyInsts ips
2276     mk_msg ips = vcat [sep [ptext SLIT("Implicit parameters escape from"),
2277                             nest 2 (ptext SLIT("the monomorphic top-level binding(s) of")
2278                                             <+> pprBinders bndrs <> colon)],
2279                        nest 2 (vcat (map ppr_ip ips)),
2280                        monomorphism_fix]
2281     ppr_ip ip = pprPred (dictPred ip) <+> pprInstLoc (instLoc ip)
2282
2283 strangeTopIPErrs :: [Inst] -> TcM ()
2284 strangeTopIPErrs dicts  -- Strange, becuase addTopIPErrs should have caught them all
2285   = groupErrs report tidy_dicts
2286   where
2287     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2288     report dicts = addErrTcM (tidy_env, mk_msg dicts)
2289     mk_msg dicts = addInstLoc dicts (ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> 
2290                                      plural tidy_dicts <+> pprDictsTheta tidy_dicts)
2291
2292 addNoInstanceErrs :: Maybe SDoc -- Nothing => top level
2293                                 -- Just d => d describes the construct
2294                   -> [Inst]     -- What is given by the context or type sig
2295                   -> [Inst]     -- What is wanted
2296                   -> TcM ()     
2297 addNoInstanceErrs mb_what givens [] 
2298   = returnM ()
2299 addNoInstanceErrs mb_what givens dicts
2300   =     -- Some of the dicts are here because there is no instances
2301         -- and some because there are too many instances (overlap)
2302     tcGetInstEnvs       `thenM` \ inst_envs ->
2303     let
2304         (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
2305         (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
2306
2307         -- Run through the dicts, generating a message for each
2308         -- overlapping one, but simply accumulating all the 
2309         -- no-instance ones so they can be reported as a group
2310         (overlap_doc, no_inst_dicts) = foldl check_overlap (empty, []) tidy_dicts
2311         check_overlap (overlap_doc, no_inst_dicts) dict 
2312           | not (isClassDict dict) = (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)
2313           | otherwise
2314           = case lookupInstEnv inst_envs clas tys of
2315                 -- The case of exactly one match and no unifiers means
2316                 -- a successful lookup.  That can't happen here, becuase
2317                 -- dicts only end up here if they didn't match in Inst.lookupInst
2318 #ifdef DEBUG
2319                 ([m],[]) -> pprPanic "addNoInstanceErrs" (ppr dict)
2320 #endif
2321                 ([], _)  -> (overlap_doc, dict : no_inst_dicts)         -- No match
2322                 res      -> (mk_overlap_msg dict res $$ overlap_doc, no_inst_dicts)
2323           where
2324             (clas,tys) = getDictClassTys dict
2325     in
2326         
2327         -- Now generate a good message for the no-instance bunch
2328     mk_probable_fix tidy_env2 no_inst_dicts     `thenM` \ (tidy_env3, probable_fix) ->
2329     let
2330         no_inst_doc | null no_inst_dicts = empty
2331                     | otherwise = vcat [addInstLoc no_inst_dicts heading, probable_fix]
2332         heading | null givens = ptext SLIT("No instance") <> plural no_inst_dicts <+> 
2333                                 ptext SLIT("for") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts
2334                 | otherwise   = sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> pprDictsTheta no_inst_dicts,
2335                                      nest 2 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprDictsTheta tidy_givens]
2336     in
2337         -- And emit both the non-instance and overlap messages
2338     addErrTcM (tidy_env3, no_inst_doc $$ overlap_doc)
2339   where
2340     mk_overlap_msg dict (matches, unifiers)
2341       = vcat [  addInstLoc [dict] ((ptext SLIT("Overlapping instances for") 
2342                                         <+> pprPred (dictPred dict))),
2343                 sep [ptext SLIT("Matching instances") <> colon,
2344                      nest 2 (vcat [pprInstances ispecs, pprInstances unifiers])],
2345                 ASSERT( not (null matches) )
2346                 if not (isSingleton matches)
2347                 then    -- Two or more matches
2348                      empty
2349                 else    -- One match, plus some unifiers
2350                 ASSERT( not (null unifiers) )
2351                 parens (vcat [ptext SLIT("The choice depends on the instantiation of") <+>
2352                                  quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInst dict))),
2353                               ptext SLIT("Use -fallow-incoherent-instances to use the first choice above")])]
2354       where
2355         ispecs = [ispec | (_, ispec) <- matches]
2356
2357     mk_probable_fix tidy_env dicts      
2358       = returnM (tidy_env, sep [ptext SLIT("Possible fix:"), nest 2 (vcat fixes)])
2359       where
2360         fixes = add_ors (fix1 ++ fix2)
2361
2362         fix1 = case mb_what of
2363                  Nothing   -> []        -- Top level
2364                  Just what -> -- Nested (type signatures, instance decls)
2365                               [ sep [ ptext SLIT("add") <+> pprDictsTheta dicts,
2366                                 ptext SLIT("to the") <+> what] ]
2367
2368         fix2 | null instance_dicts = []
2369              | otherwise           = [ sep [ptext SLIT("add an instance declaration for"),
2370                                             pprDictsTheta instance_dicts] ]
2371         instance_dicts = [d | d <- dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
2372                 -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
2373                 -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
2374
2375         add_ors :: [SDoc] -> [SDoc]     -- The empty case should not happen
2376         add_ors []      = [ptext SLIT("[No suggested fixes]")]  -- Strange
2377         add_ors (f1:fs) = f1 : map (ptext SLIT("or") <+>) fs
2378
2379 addTopAmbigErrs dicts
2380 -- Divide into groups that share a common set of ambiguous tyvars
2381   = mapM report (equivClasses cmp [(d, tvs_of d) | d <- tidy_dicts])
2382   where
2383     (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2384
2385     tvs_of :: Inst -> [TcTyVar]
2386     tvs_of d = varSetElems (tyVarsOfInst d)
2387     cmp (_,tvs1) (_,tvs2) = tvs1 `compare` tvs2
2388     
2389     report :: [(Inst,[TcTyVar])] -> TcM ()
2390     report pairs@((inst,tvs) : _)       -- The pairs share a common set of ambiguous tyvars
2391         = mkMonomorphismMsg tidy_env tvs        `thenM` \ (tidy_env, mono_msg) ->
2392           setSrcSpan (instLocSrcSpan (instLoc inst)) $
2393                 -- the location of the first one will do for the err message
2394           addErrTcM (tidy_env, msg $$ mono_msg)
2395         where
2396           dicts = map fst pairs
2397           msg = sep [text "Ambiguous type variable" <> plural tvs <+> 
2398                           pprQuotedList tvs <+> in_msg,
2399                      nest 2 (pprDictsInFull dicts)]
2400           in_msg = text "in the constraint" <> plural dicts <> colon
2401
2402
2403 mkMonomorphismMsg :: TidyEnv -> [TcTyVar] -> TcM (TidyEnv, Message)
2404 -- There's an error with these Insts; if they have free type variables
2405 -- it's probably caused by the monomorphism restriction. 
2406 -- Try to identify the offending variable
2407 -- ASSUMPTION: the Insts are fully zonked
2408 mkMonomorphismMsg tidy_env inst_tvs
2409   = findGlobals (mkVarSet inst_tvs) tidy_env    `thenM` \ (tidy_env, docs) ->
2410     returnM (tidy_env, mk_msg docs)
2411   where
2412     mk_msg []   = ptext SLIT("Probable fix: add a type signature that fixes these type variable(s)")
2413                         -- This happens in things like
2414                         --      f x = show (read "foo")
2415                         -- whre monomorphism doesn't play any role
2416     mk_msg docs = vcat [ptext SLIT("Possible cause: the monomorphism restriction applied to the following:"),
2417                         nest 2 (vcat docs),
2418                         monomorphism_fix
2419                        ]
2420 monomorphism_fix :: SDoc
2421 monomorphism_fix = ptext SLIT("Probable fix:") <+> 
2422                    (ptext SLIT("give these definition(s) an explicit type signature")
2423                     $$ ptext SLIT("or use -fno-monomorphism-restriction"))
2424     
2425 warnDefault dicts default_ty
2426   = doptM Opt_WarnTypeDefaults  `thenM` \ warn_flag ->
2427     addInstCtxt (instLoc (head (dicts))) (warnTc warn_flag warn_msg)
2428   where
2429         -- Tidy them first
2430     (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
2431     warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
2432                                 quotes (ppr default_ty),
2433                       pprDictsInFull tidy_dicts]
2434
2435 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
2436 badDerivedPred pred
2437   = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
2438           ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
2439           nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
2440
2441 reduceDepthErr n stack
2442   = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
2443           ptext SLIT("Use -fcontext-stack=N to increase stack size to N"),
2444           nest 4 (pprStack stack)]
2445
2446 pprStack stack = vcat (map pprInstInFull stack)
2447 \end{code}